汪海洪

（鄭州煤礦機(jī)械制造技工學(xué)校，河南 鄭州450013）

1 鑄鐵材料的機(jī)械性能

鑄鐵是含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵纖維組織和性能的主要元素。常見(jiàn)的鑄鐵有灰鑄鐵鑄、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和合金鑄鐵等，牌號(hào)為QT400-18，抗拉強(qiáng)度400Mpa，屈服強(qiáng)度250Mpa，布氏硬度：130～180,主要金相組織：鐵素體（100%），特性：有較好的塑性與韌性，焊接性與切削性也比較好，常溫沖擊韌性也較好。牌號(hào)為500-7，抗拉強(qiáng)度500Mpa，屈服強(qiáng)度320Mpa，布氏硬度：170-230,主要金相組織：鐵素體+珠光體（100%），特性：強(qiáng)度與耐磨性中等，切削性尚好。

2 鑄鐵材料機(jī)械性能對(duì)鉆削加工的影響

（1）鑄鐵材料切削加工性分析。反應(yīng)金屬材料切削加工的難易程度稱為切削加工性能。影響切削加工性能的因素主要有工件的化學(xué)成分、金相組織、物理性能、力學(xué)性能等。鑄鐵比鋼切削加工性能好，金屬材料的切削加工性比較復(fù)雜，很難用一個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)定，通常用以下四個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合評(píng)定：切削時(shí)的切削抗力、刀具的使用壽命、切削后的表面粗糙度及斷屑情況。如果一種材料在切削時(shí)的切削抗力小，刀具壽命長(zhǎng)，表面粗糙度值低，斷屑性好，則表明該材料的切削加工性能好。另外，也可以根據(jù)材料的硬度和韌性做大致的判斷。硬度在170～230HBW，并有足夠脆性的金屬材料，其切削加工性良好；硬度和韌性過(guò)低或過(guò)高，切削加工性均不理想。

（2）鉆削加工的特點(diǎn)。鉆頭通常有兩個(gè)主切削刃，加工時(shí)，鉆頭在回轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行切削。鉆頭的前角由中心軸線至外緣越來(lái)越大，越靠近外緣處切削速度也越大。鉆頭的橫刃位于回轉(zhuǎn)中心軸線附近，橫刃的副前角較大，無(wú)容屑空間，切削速度低，因而會(huì)產(chǎn)生較大的軸向抗力。如果將橫刃刃口修磨成R形，中心軸線附近的切削刃為正前角，則可減小切削抗力，顯著提高切削性能。

鉆頭的切削是在空間狹窄的孔中進(jìn)行，切屑必須經(jīng)鉆頭刃溝排出，因此切屑形狀對(duì)鉆頭的切削性能影響很大。常見(jiàn)的切屑形狀有片狀屑、管狀屑、針狀屑、錐形螺旋屑、帶狀屑、扇形屑、粉狀屑等。當(dāng)切屑形狀不適當(dāng)時(shí)，將產(chǎn)生細(xì)微切屑阻塞刃溝，影響鉆孔精度，降低鉆頭壽命，甚至使鉆頭折斷(如粉狀屑、扇形屑等);長(zhǎng)切屑纏繞鉆頭，妨礙作業(yè)，引起鉆頭折損或阻礙切削液進(jìn)入孔內(nèi)(如螺旋屑、帶狀屑等)。為此，可分別或聯(lián)合采用增大進(jìn)給量、斷續(xù)進(jìn)給、修磨橫刃、裝斷屑器等方法改善斷屑和排屑效果，消除因切屑引起的問(wèn)題。

（3）鑄鐵的鉆削加工工藝性分析。鉆削切削力是影響零件加工質(zhì)量和刀具使用壽命的重要因素,而切削力的大小又是和切削參數(shù)、銑削加工材料等息息相關(guān)的,因此,研究鉆削加工中切削參數(shù)各因素(切寬、切深和每齒進(jìn)給量)對(duì)切削力的影響有著非常重要的意義。

鉆削加工時(shí)，刀具承受著因工藝方法而造成的交變負(fù)荷。這種負(fù)荷有機(jī)械性質(zhì)的，也有熱性質(zhì)的。在機(jī)械負(fù)荷方面，特別值得一提的是刀片的入口沖擊。在刀刃進(jìn)入材料的瞬間，切削力會(huì)發(fā)生明顯的提升。在進(jìn)給同向進(jìn)行銑削時(shí)，刀具的刃部在每次進(jìn)入到材料時(shí)，都會(huì)經(jīng)歷一次刀具的入口沖擊。銑削加工的表面，加工面的粗糙度滿足要求，平面度公差滿足要求是0.03。為了保證技術(shù)要求，最關(guān)鍵是找到定位基準(zhǔn)。同時(shí)，應(yīng)考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。鉆削切削遍存在刀具壽命低，切削中易折斷，切削用量低，生產(chǎn)效率低的現(xiàn)象。且工件材質(zhì)稍有一不均勻就會(huì)發(fā)生刀具折斷現(xiàn)象;鉆削灰鑄鐵切削速120m/min，進(jìn)給0.25mm/r，鉆削蠕墨鑄鐵的切削速度75m/min，進(jìn)給量0.18mm/r，通過(guò)機(jī)械加工摸索出上述較為適合的切削用量。

3 鑄鐵材料切削力及夾緊分析計(jì)算

切削力是指在切屑過(guò)程中產(chǎn)生的作用在工件和刀具上的大小相等、方向相反的切削力。通俗地講是在切削加工時(shí)，工件材料抵抗刀具切削時(shí)產(chǎn)生的阻力。研究切削力，對(duì)進(jìn)一步弄清切削機(jī)理，對(duì)計(jì)算功率消耗，對(duì)刀具、機(jī)床、夾具的設(shè)計(jì)，對(duì)制定合理的切削用量，優(yōu)化刀具幾何參數(shù)等，都具有非常重要的意義。

金屬切削時(shí)，刀具切入工件，使被加工材料發(fā)生變形并成為切屑所需的力，稱為切削力。切削力來(lái)源于三個(gè)方面：克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力；克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力；克服切屑對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)渡表面與已加工表面之間的摩擦力。夾緊力是保證工件在加工過(guò)程中對(duì)切削力的抵抗作用，保證切削加工的安全進(jìn)行。利用在平面上直徑10mm孔，來(lái)分析計(jì)算切削力和機(jī)床夾具所需的夾緊力。由資料《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得：切削力公式：Ff=412D1.2f0.75Kp，式中D=10cm，f=0.3mm/r。 查表得：即：Ff=1980.69(N)。

通過(guò)對(duì)鉆孔切削力計(jì)算，為鑄鐵材料實(shí)際生產(chǎn)提供依據(jù)。提高鉆削加工的精度，同時(shí)鉆孔精度主要由孔徑尺寸、位置精度、同軸度、圓度、表面粗糙度以及孔口毛刺等因素構(gòu)成。鉆削加工時(shí)影響被加工孔精度的因素主要有鉆頭的裝夾精度及切削條件，如刀夾、切削速度、進(jìn)給量、切削液等;鉆頭尺寸及形狀，如鉆頭長(zhǎng)度、刃部形狀、鉆芯形狀等;工件形狀，如孔口側(cè)面形狀、孔口形狀、厚度、裝卡狀態(tài)等。